Terwijl ingenieurs vooruitgang boeken bij het ontwerpen van wearables, elektronisch actief, en responsieve beenbraces, armsteunen, en full-body pakken, gezamenlijk bekend als exoskeletten, onderzoekers van MIT stellen een belangrijke vraag:hoewel deze Iron Man-achtige aanhangsels iemands kracht kunnen versterken, mobiliteit, en uithoudingsvermogen, welk effect kunnen ze hebben op aandacht en besluitvorming?

De vraag is verre van triviaal, aangezien exoskeletten momenteel worden ontworpen en getest voor gebruik op het slagveld, waar van Amerikaanse soldaten wordt verwacht dat ze gerichte tactische manoeuvres uitvoeren terwijl ze doorgaans 60 tot 100 pond aan uitrusting dragen. Exoskeletten zoals elektronisch adaptieve heup, knie, en beensteunen kunnen een aanzienlijk deel van de lading van een soldaat dragen, waardoor ze sneller en behendiger kunnen bewegen.

Maar kan het dragen van zulke bionische add-ons, en zich aanpassen aan hun bewegingen, een deel van de aandacht wegnemen die nodig is voor cognitieve taken, zoals het spotten van een vijand, een bericht doorgeven, of een squadron volgen?

Het antwoord, het MIT-team vond, is ja, althans in sommige scenario's. In een onderzoek dat ze deze week presenteren op de jaarlijkse bijeenkomst van de Human Factors and Ergonomics Society in Philadelphia, de onderzoekers testten vrijwilligers, die leden van het leger in actieve dienst waren of deelnamen aan een eenheid van het Reserve Officer Training Corps (ROTC), terwijl ze door een hindernisbaan marcheerden terwijl ze een in de handel verkrijgbaar exoskelet van de knie droegen en een rugzak droegen met een gewicht tot 80 pond. Zeven van de 12 proefpersonen hadden langzamere reactietijden bij een visuele taak toen ze de cursus voltooiden met het exoskelet aan en aangedreven, vergeleken met toen ze het afmaakten zonder het exoskelet.

De onderzoekers ontdekten ook dat de soldaten, wanneer hem wordt gevraagd een leider op een bepaalde afstand te volgen, waren minder in staat om een ​​constante afstand te bewaren tijdens het dragen van het exoskelet.

De resultaten, hoewel voorlopig, suggereren dat ingenieurs die exoskeletten ontwerpen voor militair en ander gebruik, misschien rekening willen houden met de "cognitieve pasvorm" van een apparaat - hoeveel aandacht of besluitvorming van een gebruiker het apparaat mogelijk kan afleiden, zelfs als het hen fysiek helpt.

"In een militair exoskelet, soldaten worden verondersteld te scannen naar vijanden in de omgeving, ervoor zorgen waar andere mensen in hun team zijn, allerlei zaken in de gaten houden, " zegt Leia Stirling, een assistent-professor aan het MIT's Department of Aeronautics and Astronautics en een lid van het Institute for Medical Engineering and Science. "Je wilt niet dat ze zich moeten concentreren op hoe ze stappen vanwege het exoskelet. Daarom was ik geïnteresseerd in hoeveel aandacht deze technologieën nodig hebben."

Tot de co-auteurs van Stirling op het papier behoren onderzoekers van het MIT, Draper, en de Universiteit van Massachusetts in Lowell.

Volg de leider

Om het effect van exoskeletten op de aandacht van een gebruiker te onderzoeken, het team zette een hindernisbaan op in het NERVE Center van UMass Lowell, een faciliteit die normaal gesproken robots test en evalueert over verschillende fysieke cursussen. Stirling en haar collega's hebben een bestaande hindernisbaan aangepast met dwarshellingen en korte muren om over te stappen. Lichten aan beide uiteinden van de hindernisbaan waren zo ingesteld dat ze met tussenpozen aan en uit knipperen.

Het team nam 12 mannelijke proefpersonen in dienst en trainde ze gedurende een periode van drie dagen. Tijdens de eerste dag, ze waren elk op maat gemaakt met, en getraind om te gebruiken, een in de handel verkrijgbaar exoskelet van de knie - een stijf, aangedreven kniebrace ontworpen om het been van een gebruiker te strekken en het uithoudingsvermogen te vergroten, terwijl, bijvoorbeeld, bij het klimmen over obstakels en het lopen over lange afstanden.

Gedurende de volgende twee dagen, de proefpersonen kregen de opdracht om de hindernisbaan te navigeren terwijl ze een onderzoeker volgden, zich voordoen als een squadronlid. Terwijl ze zich een weg baanden door de cursus, de proefpersonen voerden verschillende cognitieve taken uit. De eerste was een visuele taak, waarbij de proefpersonen op een knop op een nepgeweer moesten drukken zodra ze een licht zagen aangaan. De tweede was een paar audiotaken, waarin de proefpersonen moesten reageren op een radio-oproepcontrole met een simpele "Roger, over, " evenals een meer gecompliceerde taak, waar ze moesten luisteren naar drie leiders die verschillende aantallen vijanden rapporteerden en vervolgens het totale aantal via de radio rapporteerden. De derde was een vervolgtaak, waarbij de proefpersonen tijdens het navigeren op een bepaalde afstand van de squadronleider moesten blijven.

Algemeen, Stirling ontdekte dat voor de visuele taak, zeven van de 12 proefpersonen die het aangedreven exoskelet droegen, reageerden significant langzamer en hadden de neiging de lichtsignalen volledig te missen, vergeleken met hun prestaties wanneer ze het apparaat niet dragen. Terwijl u de aangedreven kniebrace draagt, de proefpersonen hadden ook meer moeite om de opgegeven afstand te bewaren bij het volgen van de leider.

Vloeibare pakken

Vooruit gaan, Stirling is van plan om het belang van reactietijden bij het dragen van een exoskelet in verschillende contexten te onderzoeken.

"Voor een militaire soldaat, als ze binnen een halve seconde geen vijand detecteren, wat betekent dat? Brengt dat hun leven in gevaar, of is dat oké?' zegt Stirling. 'We moeten beter begrijpen wat deze operationeel relevante verschillen zijn. Een reactietijd van een halve seconde is voor mij als ik over een stoep loop waarschijnlijk niet erg. Maar het kan een groot probleem zijn in een militaire omgeving."

interessant, het team identificeerde een paar gebruikers die niet onder de indruk waren van de toevoeging van een exoskelet, en die net zo goed presteerde in het visuele, geluid, en vervolgopdrachten.

"In dit onderzoek, we zien dat sommige mensen geen tekort aan aandacht hebben. Maar sommige mensen wel, en we weten niet zeker waarom sommige mensen goede exoskeletgebruikers zijn en anderen meer moeite hebben, " zegt Stirling. "Nu beginnen we te onderzoeken wat mensen goede gebruikers maakt versus minder bedreven gebruikers. Wordt dit aangedreven vanaf een motorroute, of een waarnemingspad, of een cognitief pad?"

De groep van Stirling werkt aan een beter begrip van de manier waarop mensen zich aanpassen en reageren op exoskeletten en andere draagbare technologieën, zoals ruimtepakken van de volgende generatie.

"We kijken naar de vloeiendheid tussen wat het systeem doet en wat de mens doet, " zegt Stirling. "Als de mens wil versnellen of vertragen, kan dit systeem worden ontworpen om op de juiste manier te bewegen, zodat de mens niet tegen het systeem vecht, en vice versa?"

Naast militaire en ruimtevaarttoepassingen, Stirling zegt dat als de verbinding tussen de mens en de machine vloeiender kan worden gemaakt, die minder onmiddellijke aandacht van een gebruiker vereisen, dan kunnen exoskeletten een veel breder, commerciële aantrekkingskracht.

"Misschien wil je die berg wel kunnen beklimmen, of maak een langere wandeling, of misschien ben je ouder en wil je rondrennen met je kleinkinderen, ' zegt Stirling.

"Hoe kun je exoskeletten ontwerpen zodat mensen hun eigen risico op verwondingen kunnen verminderen en hun mogelijkheden kunnen vergroten, hun dagelijkse bezigheden? Deze systemen zijn echt spannend. We willen gewoon op de hoogte zijn van de verschillende risico's die optreden als je iets in een natuurlijke omgeving brengt."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.